NASA最新行星際探索任務:火星巖石帶回地球

　　據國外媒體報導，科學家計劃派遣行星登陸機器人探測器從火星上採集土壤樣品返回地球，整個任務花費可能達到50億至100億美元，這趟火星往返旅程可能不會採用核動力裝置作為主要能源，而電力推進系統更加便宜。火星物質樣本返回計劃（MSR）如果採用電力推進，則需要強大高效的太陽能電池板，目前航天領域的太陽能電池板技術已經較為成熟，這種技術可以減輕傳統化學能火箭的搭載負荷。

火星物質樣本返回計劃將帶回火星土壤和巖石

火星將是美國宇航局未來重點探索的行星

　　在行星際飛行過程中，前往火星的往返任務在解決動力來源後就變得觸手可及，未來十年或者二十年內，科學家們就可以將火星巖石和土壤樣本帶回地球。根據的德國航空航天中心的物理學家沃爾夫岡·澤博爾特（Wolfgang Seboldt）介紹：「通過利用可靠的技術，火星物質樣本返回計劃在2020年以後將會變得更加成熟。」有研究表面，太陽能電池板功能的電力推進系統還可能加快火星間的往返進程，並最終應用於載人火星探索任務，贏得空間飛行過程中的時間，就意味著我們可以減少太空人在高能宇宙射線環境中暴露的時間，降低任務的危險程度。

　　大多數空間飛行任務中使用了較多的化學推進系統，只要能保證化學能燃料的供應，就可以持續飛行較長的時間。比如阿波羅計劃中使用的土星五號重型運載火箭以及阿波羅宇宙飛船，還有太空梭等這些軌道飛行器擺脫地球引力時通過燃燒推進劑獲得巨大的推力，在將來一段時間的火星任務中，我們還將使用類似的化學能火箭將宇宙飛船送入軌道。

　　一旦宇宙飛船等載荷進入軌道之後，我們就可以將主能源模式切換到電力推進系統上，在剛開始時離子推進器可能工作較為緩慢，但隨著時間的推移，宇宙飛船將從高效太陽能電池板中獲得幾乎無限的電力供應，並使飛船以高速飛行。這樣的動力方式可以使火星軌道飛行器進行往返火星之旅變得更便宜，至少在速度上也不會遜於傳統的化學能火箭。

　　計劃之中的火星往返之旅常規任務方案為從地球上發射兩艘宇宙飛船，一艘是用於火星登陸的飛船，另一艘則是工作在火星軌道上。火星登陸宇宙飛船負責登陸火星，並收集火星土壤和巖石樣本，然後通過傳統的化學能推進器將自身發射進入火星軌道，完成火星往返之旅。

　　火星物質樣本返回計劃（MSR）是一個混合版的常規行星際探索任務，其中涉及到電力推進系統和先進的著陸方案，途徑一條優化設計的火星與地球空間飛行軌道抵達這顆紅色的星球。由於採用的推進劑較少，負載較輕，因此可以使用"聯盟-FG"（Soyuz-Fregat）運載火箭等火箭進行常規發射，並非需要使用阿麗亞娜5 ECA型重型運載火箭，在火星與地球之間的空間飛行途中，方案中涉及到使用20千瓦級的太陽能電池板陣列，能量使用要求類似於位於地球同步軌道上的通信衛星電力供應等級。

　　但是太陽能電力系統存在一定的風險，物理學家沃爾夫岡·澤博爾特和他的同事們指出行星際空間飛行途中太陽能電池板存在一定的風險未知，該問題的詳細說明在著名的英國《宇航學報》（Acta Astronautica）期刊上。火星物質樣本返回任務的成本取決於電力推進系統，其中也與其他空間探測器的成熟設計有關，重複性使用相關部件可以降低任務研發成本。當然，也有一些空間機構的行星探索任務工程師們關注電力推進系統的可靠性和使用壽命，比如太陽能電池板在行星際空間飛行中是否可能受到宇宙射線的損害，對這項問題的研究有助於幫助處於地球軌道上的衛星和國際空間站降低宇宙射線對硬體系統的威脅。

　　近年來，太陽能電力推進系統變得越來越受關注，美國航空巨頭波音公司計劃在更多地球同步軌道上的衛星安裝這套系統，以便在地球同步軌道上進行必要的軌道提升和軌道維護，接著將這套動力系統推廣到所有宇宙飛船和衛星。歐洲航天局計劃打造可提供30千瓦的電力推進系統，與此同時，軌道衛星和國際空間站也參與這項測試計劃。物理學家沃爾夫岡·澤博爾特認為國際空間站可能是個很好的測試平臺，可以在真實空間環境中試驗更新推力更強的推進器系統。此外，我們還將研製面積較大、重量更輕，對太陽光收集能力更強的太陽能電池板陣列。

　　最近在莫斯科舉行的第四屆俄羅斯-德國電力推進器及2012年應用情況的會議上，科學家們展示了在火星物質樣本返回任務中使用電力推進系統是非常有前景的，如果更樂觀的估計，將新型太陽能電力系統對火星生命的探索任務將起來巨大的幫助，推動火星載人空間任務或者更遙遠的行星際探索任務的執行。